现代生化产品分离技术的分类及应用举例

现代生化产品分离技术的类型及其应用举例

摘要：

随着生物技术的不断发展，人们注意到了下游分离技术对发展现代生物技术及其产业化的重要性，分离技术的落后会严重阻碍生物技术的发展。国内外纷纷加强对生物分离技术的研究力量，增设研究机构和加大资金投入，一些公司和生产企业也在生物分离技术领域展开竞争。生化分离技术是生物技术产品产业化的必经之路，决定了生物技术的发展。决定了产品的质量的优劣，成本的高低，竞争力的大小。其种类繁多，技术日趋成熟化。在生产和生活中得到广泛应用。

关键词：生化产品、分离技术、细胞破碎技术、沉淀分离技术、层

析分离技术、电泳分离技术、离心分离技术、膜分离技术、

正文：

对于由自然界天然生成的或由人工经微生物菌体发酵、动植物细胞培养及酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经分离、纯化并精制其中目的成分，并最终使其成为产品的技术称为生化分离技术，现在的生物分离工程技术已广泛应用于医药、发酵、食品、轻工等领域的产品分离及纯化。另外，环境工程中污水的净化与有效成分的回收，也常用生物分离技术。

一、现代生化产品分离技术的类型

1、传统分离技术的提高和完善

蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子交换等传统技术由于应用面广

且相对成熟，对它们的提高和完善将会推动大范围的技术进步。 例如，80年代酒精差压（多效）蒸馏技术工业应用的成功，大幅度降低了成品酒精的能耗，为进一步提高酒精质量打下了技术基础；结合蒸气喷射热泵的四效甚至七效蒸发技术大幅度节能并为废水处理技术做出了贡献，也促进了计算机控制技术和生物工业的结合；各种新型高效的过滤机械和离心机械的问世，也从一个侧面推动生物工业向更大规模方向发展。结晶理论和离子交换技术的新进展，提高了产品的收率、质量和生产效率。

可见，适合于大规模工业化生产的传统技术经过改造提高后，适应面会更宽，效率会更高，仍然显示出强劲的生命力。 2、新技术的研究开发

随着生物技术的发展，出现了许多新产品，获得了过去无法得到的、分子结构复杂的大分子物质，为了适应于新产品后处理过程的需要，出现了许多新的物化分离方法。双水相萃取、反胶团萃取、膜分离、色谱、亲和分离、电泳等都是在生物分离过程研究开发中十分活跃的领域。

人们加大了对新型分离介质开发的力度，新型的膜、色谱介质和树脂都是研究很多的分离介质。

例如，1987年由F．Regnier等人发明的灌注填料技术使快速分离纯化生物大分子得以实现。1989年与之相配套的灌注层析系统（Perfusion Chromatography）的问世，为生物制药领域的科学家提供了强有力的工具，给生物制药业带来了突破性的进展。它所采用的

POROS介质以苯乙烯基二乙烯基苯基的聚合物构成，为双膜式孔结构，大大加快了分离速度。灌注层析系统可有效、快速地纯化各种蛋白质、多肽、核酸等生物大分子。它比传统方法快10～l00倍，分析一个样品只需要30s～3min。

另外还有许多新技术被提出来并得到发展。例如膨胀床（Expansion bed）吸附技术，可免去固液分离的步骤，直接对含固体悬浮物溶液中的产品进行吸附分离，已广泛应用于包涵体、胞内、围膜、胞外分泌蛋白和酵母、动物、杂交瘤细胞、昆虫细胞等表达的重组蛋白的纯化，也被用于单抗及天然酶的纯化。

此外，固定化金属亲和层析、超临界流体萃取技术等也是近年发展起来的一些新型分离技术

现代生化产品分离技术大致可分为以下几个类型： 1、

细胞破碎技术：细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞

壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质（产品）的基础。 结合重组DNA技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产。包括：机械法和非机械法。 机械法 振荡珠击破碎法 (Skaking Bead) 高速搅拌珠研磨破碎法（fine grinding） 非机械法 渗透压冲击破碎法（osmotic shock） 冻融破碎法（freezing and thawing） 酶溶破碎法（enzyme lysis） 超声波破碎法（ultrasonication） 化学破碎法（chemical treatment） 高速搅拌珠研磨破碎法（fine grinding） 去垢剂破碎法（detergents） 2、 沉淀分离技术：在溶液中加入沉淀剂使溶质的溶解度降低，形

成固相从溶液中析出，从而达到分离的一种技术。 优点：过程简单、成本低、原料易得、便于小规模生产 缺点：过滤困难、产品质量较低、需重新精制

包括：等电沉淀、热沉淀、盐析、有机溶剂沉淀、选择性变性沉淀、非离子聚合物沉淀等。 3、

层析分离技术：根据蛋白质的形态、大小和电荷的不同而设

计的物理分离方法。各种不同的层析方法都涉及共同的基本特点:有一个固定相和流动相，当蛋白质混合溶液(流动相)通过装有珠状或基质材料的管或柱(固定相)时，由于混合物中各组份在物理化学性质(如吸引力、溶解度、分子的形状与大小、分子的电荷性与亲和力)等方面的差异使各组分在两相间进行反复多次的分配而得以分开。流动相的流动取决于引力和压力，而不需要电流。用层析法可以纯化得到非变性的、天然状态的蛋白质。

包括：吸附层析、凝胶层析、离子交换层析、疏水层析、反相层析、亲和层析及层析聚焦等。 4、

电泳分离技术：在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电

场力的作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象，称之为电泳。由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁移速率不同，可实现分离。

包括：SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电聚焦、双向电泳、毛细管电泳等。 5、

离心分离技术：是借助于离心机旋转所产生的离心力，使不同

大小、不同密度的物质分离的技术过程。 优点：分离速度快，分离效率高、液相澄清度好；

缺点：与过滤设备相比，设备投资高、能耗大、离心产生的固体浓缩物和过滤产生的浓缩不同。

包括：移界电泳法、区带电泳法、等速电泳法、等电聚焦、低速、高速、超速（差速离心、密度梯度）离心分离技术等。 6、

膜分离技术：膜分离技术由于具有常温下操作、无相态变化、

高效节能、在生产过程中不产生污染等特点，因此在饮用水净化、工业用水处理，食品、饮料用水净化、除菌，生物活性物质回收、精制等方面得到广泛应用，并迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域。分离膜因其独特的结构和性能，在环境保护和水资源再生方面异军突起，在环境工程，特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。

包括：渗透汽化、电渗透、透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透等。

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